RU2662033C1 - Two-spectral optical system - Google Patents
Two-spectral optical system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2662033C1 RU2662033C1 RU2017124759A RU2017124759A RU2662033C1 RU 2662033 C1 RU2662033 C1 RU 2662033C1 RU 2017124759 A RU2017124759 A RU 2017124759A RU 2017124759 A RU2017124759 A RU 2017124759A RU 2662033 C1 RU2662033 C1 RU 2662033C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- optical
- spectral range
- component
- microns
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 68
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 44
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000001931 thermography Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
- G02B23/02—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors
- G02B23/04—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors for the purpose of beam splitting or combining, e.g. fitted with eyepieces for more than one observer
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в качестве объектива к широкоугольным тепло-телевизионным приборам в самых разнообразных условиях эксплуатации.The present invention relates to the field of optoelectronic technology and can be used as a lens for wide-angle heat-television devices in a wide variety of operating conditions.
Известна двухспектральная оптическая система для работы в тепло-телевизионных приборах в двух спектральных диапазонах - от 0,4 до 0,9 мкм и от 3,0 до 5,0 мкм (И.Л. Гейхман, В.Г. Волков «Видение и безопасность». Москва, ОАО «Типография «Новости», 2009 год, стр. 556, рис. 7.3.1в), содержащая общий входной канал из двух компонентов, последовательно расположенных по ходу луча - отрицательного мениска и положительной линзы, плоское зеркало с дихроичным покрытием, пропускающим один спектральный диапазон и отражающим другой, а также два оптических канала, работающих в различных спектральных диапазонах.A two-spectrum optical system is known for operating in heat-television devices in two spectral ranges - from 0.4 to 0.9 μm and from 3.0 to 5.0 μm (I.L. Geykhman, V.G. Volkov "Vision and safety ”. Moscow,“ Printing House “Novosti”, 2009, p. 556, Fig. 7.3.1c) containing a common input channel of two components sequentially located along the beam — the negative meniscus and the positive lens, a flat mirror with a dichroic a coating that transmits one spectral range and reflects the other, as well as two optical channels, in various spectral ranges.
В отраженном от зеркала с дихроичным покрытием направлении, перед фотоприемником установлен оптический канал, предназначенный для работы в спектральном диапазоне (0,4÷0,9) мкм и состоящий из последовательно расположенных положительной двояковыпуклой линзы, положительной линзы, склейки из отрицательной и положительной линз, поворотного зеркала и фотоприемника.In the direction reflected from the mirror with a dichroic coating, an optical channel is installed in front of the photodetector, designed to operate in the spectral range (0.4 ÷ 0.9) μm and consisting of successively arranged positive biconvex lenses, positive lenses, adhesives made of negative and positive lenses, rotary mirror and photodetector.
В проходящем через зеркало с дихроичным покрытием направлении перед фотоприемником установлен оптический канал, предназначенный для работы в спектральном диапазоне (3,0÷5,0) мкм и состоящий из последовательно расположенных положительного мениска, двух положительных линз, поворотного зеркала и фотоприемника.In the direction passing through the mirror with the dichroic coating, an optical channel is installed in front of the photodetector, designed to operate in the spectral range (3.0 ÷ 5.0) μm and consisting of a positive meniscus in series, two positive lenses, a rotary mirror and a photodetector.
Недостатком этой оптической системы является невысокая светосила в канале (3,0÷5,0) мкм, равная 1:2, и значительное число оптических деталей в этом канале, что еще более уменьшает его физическую светосилу, а также невысокая светосила в канале (0,4÷0,9) мкм, равная 1:1,8 и наличие в нем склеенной линзы, что усложняет технологию его изготовления.The disadvantage of this optical system is the low aperture ratio in the channel (3.0 ÷ 5.0) μm, equal to 1: 2, and a significant number of optical parts in this channel, which further reduces its physical aperture ratio, as well as the low aperture ratio in the channel (0 , 4 ÷ 0.9) microns, equal to 1: 1.8 and the presence of a glued lens in it, which complicates the technology of its manufacture.
Наиболее близкой по технической сущности является двухспектральная оптическая система (патент RU 2436136 C1, опубл. 10.12.2011), содержащая общий входной канал, плоское зеркало с дихроичным покрытием, отражающим спектральный диапазон (0,5÷0,9) мкм и пропускающим спектральный диапазон (8÷14) мкм, а также два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов, причем общий входной канал содержит один компонент - положительный мениск, при этом первый компонент оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (0,5÷0,9) мкм, выполнен в виде положительной двояковыпуклой линзы, второй - в виде отрицательной линзы, третий компонент этого канала выполнен в виде положительного мениска, четвертый - в виде отрицательного мениска, пятый - в виде положительной линзы, первый и третий компоненты оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (8,0÷14,0) мкм, выполнены в виде положительных линз, второй компонент - в виде отрицательной линзыThe closest in technical essence is a two-spectral optical system (patent RU 2436136 C1, publ. 10.12.2011), containing a common input channel, a flat mirror with a dichroic coating, reflecting the spectral range (0.5 ÷ 0.9) μm and passing the spectral range (8 ÷ 14) μm, as well as two optical channels for each of the spectral ranges, and the common input channel contains one component - the positive meniscus, while the first component of the optical channel operating in the spectral range (0.5 ÷ 0.9) μm made in the form of a put an integral biconvex lens, the second in the form of a negative lens, the third component of this channel is made in the form of a positive meniscus, the fourth is in the form of a negative meniscus, the fifth is in the form of a positive lens, the first and third components of the optical channel operating in the spectral range (8.0 ÷ 14.0) microns, made in the form of positive lenses, the second component in the form of a negative lens
Недостатком этой оптической системы является малые угловые поля зрения обоих каналов, сложность исполнения тепловизионного канала, содержащего по ходу лучей четыре оптических компонента, а также невысокая светосила телевизионного канала - 1:1,4.The disadvantage of this optical system is the small angular fields of view of both channels, the complexity of the thermal imaging channel containing four optical components along the rays, as well as the low aperture ratio of the television channel - 1: 1.4.
Задачей настоящего изобретения является увеличение светосилы телевизионного канала до значения 1:1 и уменьшение количества оптических деталей в тепловизионном канале с расширением углового поля зрения обоих каналов и с сохранением высоких оптических характеристик.The present invention is to increase the aperture ratio of the television channel to a value of 1: 1 and reduce the number of optical parts in the thermal imaging channel with the expansion of the angular field of view of both channels and maintaining high optical characteristics.
Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в двухспектральной оптической системе, содержащей общий входной канал, плоское зеркало с дихроичным покрытием, отражающим спектральный диапазон (0,6÷0,95) мкм и пропускающим спектральный диапазон (8÷13,5) мкм, а также два оптических канала для каждого из спектральных диапазонов, причем второй компонент оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (0,6÷0,95) мкм, выполнен в виде отрицательной линзы, четвертый - в виде отрицательного мениска, первый компонент оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (8,0÷13,5) мкм, выполнен в виде положительной линзы, в отличие от известного, общий входной канал содержит отрицательный мениск, первый компонент оптического канала, работающего в спектральном диапазоне (0,6÷0,95) мкм, выполнен в виде отрицательной линзы, третий и пятый компоненты этого канала выполнены в виде положительных двояковыпуклых линз, при этом канал имеет дополнительный шестой компонент, представляющий собой положительный мениск, и апертурную диафрагму, расположенную между пятым и шестым компонентами, а оптический канал, работающий в спектральном диапазоне (8,0÷13,5) мкм, выполнен двухкомпонентным, второй компонент которого является положительной линзой, причем апертурная диафрагма расположена между плоским зеркалом и первым компонентом оптического канала (8÷13,5) мкм, при этом выполняется следующее соотношение:The technical result due to the task is achieved by the fact that in a two-spectral optical system containing a common input channel, a flat mirror with a dichroic coating reflecting the spectral range (0.6 ÷ 0.95) μm and passing the spectral range (8 ÷ 13.5 ) μm, as well as two optical channels for each of the spectral ranges, the second component of the optical channel operating in the spectral range (0.6 ÷ 0.95) μm, made in the form of a negative lens, the fourth in the form of a negative meniscus, the first t of the optical channel operating in the spectral range (8.0 ÷ 13.5) μm, is made in the form of a positive lens, in contrast to the known, the common input channel contains a negative meniscus, the first component of the optical channel operating in the spectral range (0.6 ÷ 0.95) μm, made in the form of a negative lens, the third and fifth components of this channel are made in the form of positive biconvex lenses, while the channel has an additional sixth component, which is a positive meniscus, and an aperture diaphragm located between the sixth and sixth components, and the optical channel operating in the spectral range (8.0 ÷ 13.5) μm is made of two components, the second component of which is a positive lens, and the aperture diaphragm is located between the flat mirror and the first component of the optical channel (8 ÷ 13 , 5) microns, while the following ratio is true:
где FТП - фокусное расстояние оптического канала (8÷13,5) мкм;where F TP - the focal length of the optical channel (8 ÷ 13.5) microns;
FТВ - фокусное расстояние оптического канала (0,6÷0,95) мкм;F TV - the focal length of the optical channel (0.6 ÷ 0.95) microns;
DТП - диагональ фотоприемника оптического канала (8÷13,5) мкм;D TP - the diagonal of the photodetector of the optical channel (8 ÷ 13.5) microns;
DТВ - диагональ фотоприемника оптического канала (0,6÷0,95) мкм.D TV - the diagonal of the photodetector of the optical channel (0.6 ÷ 0.95) microns.
Такая оптическая система содержит меньшее число оптических деталей в тепловизионном канале, работающем в проходящем через зеркало с дихроичным покрытием направлении, и обеспечивает более высокую светосилу телевизионного канала, работающего в отраженном от зеркала с дихроичным покрытием направлении, а также расширяет угловое поле зрения обоих каналов и с сохранением высоких оптических характеристик.Such an optical system contains a smaller number of optical parts in a thermal imaging channel operating in the direction passing through the dichroic coating mirror, and provides a higher aperture of the television channel operating in the direction reflected from the dichroic coating mirror, and also expands the angular field of view of both channels with maintaining high optical characteristics.
Оптической схема двухканальной системы показана на фигуре 1.The optical scheme of the two-channel system is shown in figure 1.
Двухканальная оптическая система содержит общий входной канал, состоящий из отрицательной менисковой линзы 1, плоского зеркала 2 с дихроичным покрытием, пропускающим спектральный диапазон (8÷13,5) мкм и отражающим спектральный диапазон (0,6÷0,95) мкм, оптический канал в проходящем через зеркало с дихроичным покрытием направлении, состоящий из апертурной диафрагмы 3, положительной линзы 4, положительной линзы 5 и защитного стекла 6 фотоприемника 7, оптический канал в отраженном от зеркала с дихроичным покрытием направлении, состоящий из отрицательной линзы 8, отрицательной линзы 9, положительной двояковыпуклой линзы 10, отрицательного мениска 11, положительной двояковыпуклой линзы 12, апертурной диафрагмы 13, положительного мениска 14 и защитного стекла 15 фотоприемника 16.The two-channel optical system contains a common input channel, consisting of a
Конструктивные параметры варианта исполнения оптической системы приведены в таблице 1.The design parameters of the optical system embodiment are shown in table 1.
Параметры такого варианта исполнения оптической системы для оптического канала спектрального диапазона (0,5÷0,9) мкм:The parameters of this embodiment of the optical system for the optical channel of the spectral range (0.5 ÷ 0.9) μm:
Параметры такого варианта исполнения оптической системы для оптического канала спектрального диапазона (8,0÷13,5) мкм:The parameters of this embodiment of the optical system for the optical channel of the spectral range (8.0 ÷ 13.5) μm:
Принцип действия оптической системы заключается в следующем.The principle of operation of the optical system is as follows.
Первый компонент 1, выполненный в виде отрицательного мениска, в сочетании со вторым компонентом 2, выполненным в виде зеркала с дихроичным покрытием, является единым входным окном для обоих каналов, работающих в различных спектральных диапазонах.The
Оптический канал в проходящем через зеркало с дихроичным покрытием направлении, выполнен из двух положительных компонентов 4 и 5, а апертурная диафрагма 3 расположена между зеркалом 2 с дихроичным покрытием и компонентом 4, чем обеспечивается необходимая коррекция аберраций в спектральном диапазоне (8,0÷13,5) мкм, а также увеличение углового поля зрения.The optical channel in the direction passing through the mirror with a dichroic coating is made of two
Оптический канал в отраженном от зеркала с дихроичным покрытием направлении, выполнен из силовой части - компоненты 8, 9 и 10, которая создает необходимую оптическую силу канала, и трехлинзового компенсатора полевых аберраций 11, 12, 14, компенсирующего кривизну поверхности изображения в спектральном диапазоне (0,6÷0,95) мкм, а апертурная диафрагма 13 расположена между пятым компонентом 12 и шестым компонентом 14, чем обеспечивается увеличение углового поля зрения и повышение светосилы до уровня 1:1.The optical channel in the direction reflected from the dichroic coating mirror is made of the power part -
Для реализации режима одновременного совмещения изображений от двух каналов разных спектральных диапазонов требуется совпадение величин полей зрения с точностью, позволяющей провести дополнительную электронную коррекцию, для чего необходимо выполнить следующее соотношение:To implement the mode of simultaneous combining of images from two channels of different spectral ranges, the values of the fields of view must match with an accuracy that allows for additional electronic correction, for which it is necessary to fulfill the following relationship:
где FТП - фокусное расстояние оптического канала (8÷13,5) мкм;where F TP - the focal length of the optical channel (8 ÷ 13.5) microns;
FТВ - фокусное расстояние оптического канала (0,6÷0,95) мкм;F TV - the focal length of the optical channel (0.6 ÷ 0.95) microns;
DТП - диагональ фотоприемника оптического канала (8÷13,5) мкм:D TP - the diagonal of the photodetector of the optical channel (8 ÷ 13.5) microns:
DТВ - диагональ фотоприемника оптического канала (0,6÷0,95) мкм.D TV - the diagonal of the photodetector of the optical channel (0.6 ÷ 0.95) microns.
Задаваясь критерием качества - величиной полихроматического коэффициента передачи контраста (КПК) и учитывая:Setting the quality criterion - the value of the polychromatic contrast transfer coefficient (CPC) and taking into account:
- толщину защитного стекла 6 (или 15) фотоприемника, равную 1,0 мм (0,75 мм соответственно);- the thickness of the protective glass 6 (or 15) of the photodetector, equal to 1.0 mm (0.75 mm, respectively);
- спектральную эффективность по длинам волн с учетом чувствительности фотоприемника и светопропускания объектива - 1,0 на длинах волн 0,6 мкм и 0,7 мкм, 0,8 на длине волны 0,8 мкм, 0,5 на длине волны 0,9 мкм и 0,2 на длине волны 0,95 мкм, 1,0 на длинах волн 8,0 мкм, 10,6 мкм, 12,5 мкм и 13,5 мкм;- spectral efficiency at wavelengths taking into account the sensitivity of the photodetector and the light transmission of the lens - 1.0 at wavelengths of 0.6 μm and 0.7 μm, 0.8 at a wavelength of 0.8 μm, 0.5 at a wavelength of 0.9 microns and 0.2 at a wavelength of 0.95 microns, 1.0 at wavelengths of 8.0 microns, 10.6 microns, 12.5 microns and 13.5 microns;
- пространственную частоту ~90 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника (0,6÷0,95) мкм с размером чувствительного элемента, равным 5,625 мкм),- spatial frequency ~ 90 lin / mm (Nyquist frequency for the photodetector (0.6 ÷ 0.95) μm with a sensor element size equal to 5.625 μm),
- пространственную частоту 30 лин/мм (частота Найквиста для фотоприемника (8,0÷13,5) мкм с размером чувствительного элемента, равным 17 мкм),- spatial frequency of 30 lines / mm (Nyquist frequency for a photodetector (8.0 ÷ 13.5) μm with a sensor element size equal to 17 μm),
получаем следующие расчетные значения качественных характеристик оптической системы:we obtain the following calculated values of the qualitative characteristics of the optical system:
- для оптического канала спектрального диапазона (0,6÷0,95) мкм:- for the optical channel of the spectral range (0.6 ÷ 0.95) μm:
- для оптического канала спектрального диапазона (8,0÷13,5) мкм:- for the optical channel of the spectral range (8.0 ÷ 13.5) μm:
Как видно из расчетов, оптическая система, при простоте ее конструкции, обеспечивает хорошее качество изображения в обоих каналах (канал 0,6÷0,95 мкм и канал 8,0÷13,5 мкм) для оптико-электронных приборов, использующих общий входной канал и два фотоприемника:As can be seen from the calculations, the optical system, with the simplicity of its design, provides good image quality in both channels (channel 0.6 ÷ 0.95 μm and channel 8.0 ÷ 13.5 μm) for optoelectronic devices using a common input channel and two photodetectors:
- телевизионную ПЗС матрицу спектрального диапазона (0,6÷0,95) мкм с размером пикселя 5,625 мкм;- television CCD matrix of the spectral range (0.6 ÷ 0.95) microns with a pixel size of 5.625 microns;
- микроболометрическую матрицу спектрального диапазона (8,0÷13,5) мкм с размером пикселя 17 мкм.- microbolometric matrix of the spectral range (8.0 ÷ 13.5) microns with a pixel size of 17 microns.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017124759A RU2662033C1 (en) | 2017-07-11 | 2017-07-11 | Two-spectral optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017124759A RU2662033C1 (en) | 2017-07-11 | 2017-07-11 | Two-spectral optical system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2662033C1 true RU2662033C1 (en) | 2018-07-23 |
Family
ID=62981663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017124759A RU2662033C1 (en) | 2017-07-11 | 2017-07-11 | Two-spectral optical system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2662033C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4621888A (en) * | 1983-03-10 | 1986-11-11 | Texas Instruments Incorporated | Coaxial wideband refractive optical system |
| RU2436136C1 (en) * | 2010-05-17 | 2011-12-10 | Александр Владимирович Медведев | Double-spectrum optic system |
| CN103278927A (en) * | 2013-06-21 | 2013-09-04 | 西安工业大学 | Two-waveband hole-diameter-shared light-path-shared zoom-shared imaging optical system |
| RU2581763C2 (en) * | 2014-04-24 | 2016-04-20 | Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Single-pupil multispectral optical system with built-in laser range finder (versions) |
-
2017
- 2017-07-11 RU RU2017124759A patent/RU2662033C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4621888A (en) * | 1983-03-10 | 1986-11-11 | Texas Instruments Incorporated | Coaxial wideband refractive optical system |
| RU2436136C1 (en) * | 2010-05-17 | 2011-12-10 | Александр Владимирович Медведев | Double-spectrum optic system |
| CN103278927A (en) * | 2013-06-21 | 2013-09-04 | 西安工业大学 | Two-waveband hole-diameter-shared light-path-shared zoom-shared imaging optical system |
| RU2581763C2 (en) * | 2014-04-24 | 2016-04-20 | Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Single-pupil multispectral optical system with built-in laser range finder (versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8817392B2 (en) | Wide field athermalized orthoscopic lens system | |
| KR20170016714A (en) | Image pickup lens | |
| CN106461920B (en) | Strabismus objective lens optical system and the endoscope for having strabismus objective lens optical system | |
| CN110208923B (en) | Imaging system and optical lens with same | |
| RU2615162C1 (en) | Four-mirror-lens optical system | |
| RU2611100C1 (en) | High-aperture lens | |
| US9400210B2 (en) | Single aperture coaxial three channel optical system | |
| CN104102018B (en) | Double small recessed local high resolution imaging system | |
| RU2436136C1 (en) | Double-spectrum optic system | |
| CN107272174B (en) | Catadioptric optical lens | |
| RU2630194C1 (en) | Large-aperture lens | |
| RU2662033C1 (en) | Two-spectral optical system | |
| RU2581763C2 (en) | Single-pupil multispectral optical system with built-in laser range finder (versions) | |
| RU2700033C2 (en) | Double-spectral optical system | |
| RU2628372C1 (en) | Wide-angle lens | |
| RU2645912C1 (en) | High-aperture lens | |
| RU2621366C1 (en) | Compact lens of mid-infrared range | |
| RU2578268C1 (en) | Infrared lens with variable focal distance | |
| RU2732342C1 (en) | High-output lens | |
| RU2617173C2 (en) | Three-channel mirror-lens optical system | |
| RU2577082C1 (en) | Apochromatic athermal lens (versions) | |
| RU2586273C1 (en) | High-aperture lens | |
| CN106054360A (en) | Image space telecentric lens for space | |
| RU2711627C1 (en) | High-aperture lens for near ir spectral range | |
| RU2662032C1 (en) | Photographic telephoto lens |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190712 |